铁床—气浮—活性炭吸附法处理染料废水

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铁床—气浮—活性炭吸附法处理染料废水
        
               
         
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. b' o6 q) h8 N- b! P+ _
1　原水水质

　　某厂(生产染料及染料中间体)染料车间排出的综合废水(含30%左右的冲洗水)近100m3/d，中间体车间排出的综合废水(含30%～40%的冲洗水)约90m3/d。 　　原水是含盐量较大的高色度有机废水，无机盐浓度为15%～20%，主要是NaCl、Na2SO4。有机物主要是苯系、萘系化合物，所以水体可生化性差(BOD5/COD一般为0.02～0.2)，并具有很强的毒性，因此染化废水一直是治理难度最大的工业废水之一。
3 `1 k4 S$ S. u: [2　方案的确定
　　通过试验，对几种处理方案进行了研究，但都不能得到令人满意的效果，如混凝脱色法用药量大，运行费用高，亦难使出水达到排放标准；生化法需加入大量稀释水以降低含盐量，基建投资大，厂家难以承受；膜分离法由于膜易堵塞，反冲洗频繁，并且需进口NF膜，因此运行费用太高(达30 元/m3原水)。经过大量调研分析，拟采用微电解的方法破坏原水中有机物的分子结构，达到易于脱色和降低COD的目的。通过小试、中试，最后采用铁床—气浮—活性炭吸附的处理工艺，工艺流程见图1。
) K# C& x7 }* v+ ^  d/ j
2.1　调节池 　　采用调节池既充分调节了水量、水质，又省去了一沉池，从而节省了投资。废水中的一部分染料及其中间体物质经沉淀后得以去除，COD有所降低。为解决排泥问题，保证调节池的有效容积，采用了行车式吸泥机，污泥进入集泥池与气浮池的浮渣一起泵入压滤机，滤饼焚烧处理。设计染料及其中间体废水调节池各一座，有效容积为100m3，HRT为24 h。 2.2　铁床 　　铁床主要是利用铁、炭组合的填料与原水反应，破坏原水中有机物的分子结构及其性质。其原理是：铁与炭的腐蚀电位不同，铁作阳极、炭作阴极、原水作电解质而形成千千万万个原电池。电极反应如下： 　　　　Fe-2e=Fe2+(阳极反应) 　　　　E0(Fe2+/Fe)=-0.44 V 　　　　2H++2e=H2↑(阴极反应) 　　　　E0(H+/H2)=0 V 　　当有氧存在时阴极反应如下： 　　　　O2+4H++4e=H2O 　　　　O2+2H2O+4e=5OH- 　　　　E0(O2/OH-)=0.40 V 　　从上述反应可知，原水在酸性、充氧的条件下以一定流速流经铁炭填料时，染料的发色基团被氧化，硝基还原为氨基，偶氮键断裂，这为下一步处理提供了可靠有效的条件。在设计时因考虑到充氧的重要性，所以在原水进入铁床前设置溶气罐，并采用空压机供气。铁床(Ⅰ)的HRT为1 h，铁床(Ⅱ)的HRT为2 h。 2.3　混凝脱色系统 　　铁床出水呈酸性并含有大量Fe2+、Fe3+，当将其出水pH值调至7～8时，形成Fe(OH)2、Fe(OH)3胶体，但形成的矾花较小，需加入助凝剂PAM以利气浮处理。在此过程中，可加入季铵型阳离子高效脱色剂进一步降低原水中的色度。该装置为混合反应罐，其HRT为4 min。 2.4　气浮系统 　　加药混凝后的原水含有大量的絮状体，采用气浮分离装置将絮凝体浮于水面，利用刮渣机将其排入集渣池，从而完成固液分离。气浮系统采用清水溶气气浮，溶气水量为30%，气浮池直径为2.5 m，HRT为40 min。 2.5　砂滤罐 　　设置了两座砂滤罐(一用一备)，主要目的是去除悬浮物，使水质达到进活性炭罐的基本要求。滤料为单层石英砂，反冲洗水排至调节池。 2.6　活性炭罐 　　为保证出水水质达到GB 8978—1996二级标准，设置活性炭罐，这可以充分有效地吸附水中残留的有机物，从而使COD、色度等指标达到要求。设置两座活性炭罐(一用一备)，活性炭再生周期为36 d，HRT为30 min。
3　处理效果分析
　　①德州市环保局于1999年11月17日—18日对该厂水样进行了48 h的16次取样检测，检测结果见表1，表明该设施的处理出水达到了GB 8978—1996二级标准。
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表1　处理出水检测结果
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! u  J) j- C( `
1 o+ c4 B+ \4 q
9 P$ l( c* h  P3 @* I# c% j: k. O" ?项目
: m1 e% n8 ~; K* k* M
0 A7 ]% Q3 ?9 d- q3 g- B  \5 zpH值
0 R8 Y0 R1 n4 t2 ~' p; h0 L, o
COD(mg/L)
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( C2 i4 s7 p$ ~: Q# J" Z
苯胺(mg/L)
4 ^% s9 b) L5 P  Y" N* \
# T7 j  v) _# E0 K
) H! O  E2 T3 f- B! c染料

. v* Y* ^/ e9 k: u中间体
1 o6 h9 M5 Z- a$ v
+ z! l5 ?- a/ O/ s& o染料

& r7 C: U. J5 @, ~, q2 ]中间体

染料
4 }% L( i6 z  x1 m
中间体

染料
0 n& p* _1 A. B! l' S3 I
中间体

0 k! O, E% D5 G1 t5 u4 r7 P
原水

7.89

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1 a5 }* W7 F/ U1 u: k& h798

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* ^! y) ^1 F  \4 I  d4 h
0 |; o6 H9 P5 l6 k; p. U: {9 }4050

. R. `$ P. V  D6 S/ W% V3000

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) i9 H7 w- Z- ]) O9 m3 d8 s- y2 P
9 [/ v; O* \) D3 d2 G$ b9.29
4 ?- C0 X6 V8 v8 v: K

铁床
9 G& B9 a& Y7 w) t0 S
出水
# ?8 ]4 m1 H# K
. C1 z9 ?& k" x* _, L7 t9 z4 l# D7.93
$ [6 w/ P$ F( R
/ r" |" V7 X5 X5 m$ N1 E7.36

786
. W. N' Q( U) s" L$ |8 y+ G% Q+ e
791
1 l7 e: g' U. g' R/ U) y
! D) }2 [" x" m# E5 F- ?4 x1900
/ _) N# ?) k  q# w
1000

29.08

19.12

( T) |$ e- Q1 t8 z* D* Z
去除率(%)

　

! n) @' H% u$ d8 b5 Q$ Y; U# s5 J　

1.5
5 ]' m* ?; Q4 a$ h
2.3

53.1

, \3 L2 ?. C: Z3 b' T0 y66.7

　
; A( U3 b. C/ y8 S5 Q
, D, Z, O0 V1 ~: x$ J/ I$ G　


, i( g, z4 ^  v+ ]+ F  ~7 Q气浮池

5 C. g0 n7 n( ~( v, B1 U出水

7.56
; }2 y* F2 p$ |
. N0 Q: I* e$ T1 m$ o340
+ T" P. N" I9 {) y8 m( \! @
110

1.79

& A/ w8 z) c& `9 b: }  g
: a4 R, Z- X) k7 p& ^" k去除率(%)


* r! N, K: ]. U2 ?/ @
1 B2 c% O: A% c- e56.7
$ u; T, P9 y+ \' q( c% P) q! y
1 d1 b. ~! w$ U( Z8 Z  H89.0
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90.6

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4 |, |" K3 v- `$ D& n活性炭罐
" t8 m% h+ N8 C
) ^1 N4 F7 c% s$ M出水

. u: Z: a! K! [9 m; `- F+ r# F8.09

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3 z6 v! Q2 |# \8 ?+ y' d8 n" Y( u去除率(%)

4 Y# l, s' N) t; i3 x  M! k

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' J' K3 }9 i: s% G
+ \; d* r4 q- L0 S3 o5 w% E$ A  \( `! R87.7


) s) S5 e: p" I0 o3 w. z6 p总去除率(%)

　
8 i* j% k- ]! j* _, j- y
- G- c( Y6 e% t" \* `# t84.0
# `7 v3 S( r" ~0 Z7 ?& O  T
2 j( Y' y4 A' \# o( q99.6
! @  \+ W8 C# c
97.6
) g* U$ C; V, D2 R* v, W

注：表中数值均为平均值。
　　 从铁床的处理原理分析，其形成的原电池可将多环化合物分解成单环化合物，但苯环很难被破坏，加之原水设计气量偏小，致使原水经铁床处理后有一定的Fe2+形成，所以COD的去除率几乎为0。从苯胺的检测结果来看，原水经铁床处理后苯胺含量反而成倍升高，这说明萘系化合物被分解为苯系化合物，使苯胺含量增加。 　　 原水经铁床处理后，两股废水合为一股，经中和池及脱色、气浮处理后，各污染物含量都明显降低，处理效果较好。 　　 ②问题的探讨 　　 a.由于产生强酸性废水的翠兰GL和双介酸没有正常生产，导致铁床的进水pH值较设计值高，这样影响了铁床的处理效果。 　　 b.在中试时发现，铁床填料因表面被固着而使处理效果降低，产生铁床的钝化现象，因此采用6%～8%的稀硫酸进行浸洗活化。在实际工程中，每隔25～30 d对铁床填料进行一次活化，历时2～3 h。
* U7 |& A& j6 c) p* j4  经济分析
　　 工程总投资为97万元，其中土建投资为25万元，压块机管件及配电投资为60万元，其余部分为12万元。处理成本为3.51 元/t，其中：①折旧费为0.86 元/t；②人工费为0.27 元/t；③电费为0.49 元/t；④药剂费为1.02 元/t；⑤铁炭填料费为0.22 元/t；⑥活性炭填料费为 0.65 元/t。 　　 对于此类色度高、含盐量大、可生化性差、毒性大的有机染料化工废水，若采用大量稀释水稀释的生化方法处理，工程投资较大；若采用铁床—气浮—活性炭吸附工艺，则工程投资较少。   
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